JP6763203B2 - エンジン装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのピストンの慣性力を低減させるためのバランサを備えるエンジン装置に関する。

従来、エンジンにバランサ（不釣合い重り）を備え、バランサを回転させることにより発生する慣性力により、ピストンによる慣性力を低減させるようにする技術が知られている。（例えば、特許文献１参照）。

バランサは、エンジンのケースにベアリングを介して回転可能に支持されている。例えば、バランサを支持するベアリングとしては、アウターレースと、インナーレースと、ボール、コロ等の転動体とを有するベアリングなどが用いられる。

このようなベアリングを用いて、バランサをエンジンのケースに支持させる場合には、アウターレースとインナーケースとの位置関係により、ベアリングの回転抵抗が変わり、ベアリングに支持されているバランサの回転トルクが大きく変わってくる。バランサの回転トルクは、エンジンの出力を利用しているものであり、エンジンの効率を向上するためには、バランサの回転トルクを小さくすることが好ましい。このため、アウターレースと、インナーレースとの位置調整が重要となっている。

アウターレースとインナーレースとの位置調整は、例えば、ベアリング（ここでは、アウターレース）の軸方向の位置を規制するベアリング固定蓋との間に配置するシムの厚さを調整することで行われている。

特開２０１２−１２７４２４号公報

上述のように、バランサを支持するベアリングのアウターレースとインナーレースとの位置関係を調整する場合には、シムの厚さを調整する必要がある。

シムの厚さが適切であるか否かは、シムを装着した後、ベアリング固定蓋をエンジンのケースに装着し、バランサの回転の状態を確認して初めて把握することができる。

このため、使用したシムの厚さが適切でない場合には、ベアリング固定蓋を外して、シムの厚さを変更し、その後、バランサの回転の状態を確認する一連の作業を繰り返し実行しなければならず、手間がかかるという問題がある。

また、適切な厚さのシムを組み込んだとしても、エンジンを運転させていくにしたがって、エンジンの状態が変わってきてしまい、ベアリングの状態が適切でない状態となってしまう場合もある。このような場合においても、上記同様にシムを交換するためには、手間がかかるという問題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、バランサを支持するベアリングの状態を容易且つ適切に調整することのできる技術を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明の一観点に係るエンジン装置は、クランクシャフトから伝達される駆動力により、エンジンの振動を抑制するために回転可能なバランサと、バランサの周囲に配置されるインナーレースと、インナーレースの外周側に配置される転動体と、インナーレースの外周側に転動体を介して配置されるアウターレースとを有し、バランサをエンジンケースに回転可能に支持するベアリングと、ベアリングのバランサの回転軸方向の一端側の位置を規制するように、エンジンケースに固定されるベアリング固定蓋と、バランサの回転軸方向におけるベアリングのアウターレースとベアリング固定蓋との間隔を、ベアリング固定蓋をエンジンケースに装着させた状態で調整可能な調整機構部と、を備える。

上記エンジン装置において、調整機構部は、ベアリング固定蓋との間に作動油を収容可能な作動油室を形成し、作動油室に供給された作動油圧に応じてアウターレースをバランサの回転軸方向に押圧可能なピストンを有するようにしてもよい。

また、上記エンジン装置において、ピストンのアウターレース側の面は、アウターレースの一端側の面の少なくとも一部に対して一端側となる円環状の形状となっていてもよい。

また、上記エンジン装置において、ピストンのアウターレース側の面は、アウターレースの一端側の面の少なくとも一部に対して一端側となる円盤状の形状となっていてもよい。

また、上記エンジン装置において、作動油室に作動油を供給する油圧ポンプを更に備えるようにしてもよい。

また、上記エンジン装置において、作動油室内に作動油が供給された状態を維持するために作動油室との間の作動油の流通路を閉鎖可能なバルブを更に備えるようにしてもよい。

また、上記エンジン装置において、調整機構部は、アウターレースとベアリング固定蓋との間に配置され、供給される電圧に応じてバランサの回転軸方向の長さを調整可能なピエゾ素子を有するようにしてもよい。

また、上記エンジン装置において、ピエゾ素子に電圧を印加する電圧印加手段を更に備えるようにしてもよい。

本発明によれば、バランサを支持するベアリングの状態を容易且つ適切に調整することができる。

図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るエンジン装置の一部断面図である。図１（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るエンジン装置の側面図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン装置のクランクシャフトの軸に沿った面での一部断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジンにおけるバランサの取付部分の周囲の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコマンドピストンの形状を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンにおけるバランサの取付部分の周囲の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコマンドピストン及びピエゾ素子の形状を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るエンジンにおけるバランサの取付部分の周囲の断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明のいくつかの実施形態に係るエンジン装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るエンジン装置の一部断面図である。図１（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るエンジン装置の側面図である。

エンジン装置１は、内燃機関の一例としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０を備える。エンジン１０は、ピストン１５を往復移動可能に収容するシリンダが設けられたシリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に図示しないボルトによって固定されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下部に取り付けられたエンジンケースの一例としてのクランクケース１３と、クランクケース１３の下部に取り付けられ、エンジン１０の各部を潤滑する潤滑油を貯溜するオイルパン１４とを備えている。なお、図１（Ａ）では、一気筒のみを示しているが、エンジン１０は、単気筒であっても、複数気筒であってもよい。

シリンダブロック１１及びクランクケース１３は、クランクシャフト１７を回転可能に支持している。クランクシャフト１７は、コネクティングロッド１６を介してピストン１５と連結されている。

クランクケース１３には、クランクシャフト１７の軸方向と平行な軸を回転軸とする１対のバランサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）が回転可能に支持されている。

クランクシャフト１７の一端には、図１（Ｂ）に示すように、出力ギヤ３０が一体回転可能に接続されている。また、一方のバランサ２０Ａの一端には、入力ギヤ３２及び出力ギヤ３３が一体回転可能に接続され、他方のバランサ２０Ｂの一端には、出力ギヤ３３と噛合う入力ギヤ３４が一体回転可能に接続されている。

クランクシャフト１７に接続された出力ギヤ３０と、バランサ２０Ａの入力ギヤ３２とは、双方と噛合うアイドルギヤ３１を介して、駆動力を伝達可能になっている。出力ギヤ３０、アイドルギヤ３１、及び入力ギヤ３２は、バランサ２０Ａの回転数が、クランクシャフト１７の回転数の１倍となるように設定されている。また、入力ギヤ３４及び出力ギヤ３３は、バランサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）の回転数が同じになるように設定されている。

このような構成により、クランクシャフト１７が時計回り方向に回転すると、出力ギヤ３０及びアイドルギヤ３１、入力ギヤ３２を介して、一方のバランサ２０Ａが時計回り方向にクランクシャフト１７の回転数の１倍で回転する。また、出力ギヤ３３及び入力ギヤ３４を介して、他方のバランサ２０Ｂが、半時計回り方向にバランサ２０Ａと同じ回転数で回転する。このように、１対のバランサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）が、回転するので、ピストン１５の上下方向の慣性力がバランサ２０の慣性力により打ち消される（完全に打ち消される又は低減される）こととなる。

次に、バランサ２０のエンジン１０への取付状態について説明する。

図２は、本発明の第１実施形態に係るエンジンのクランクシャフトの軸に沿った面での一部断面図である。なお、図２には、一方のバランサ２０Ａのみを示しているが、他方のバランサ２０Ｂも、エンジン１０のクランクケース１３への取付部分の構成は、同様となっている。

バランサ２０Ａは、クランクケース１３に対して、複数（図２では、２個）のベアリング４０により回転可能に支持されている。

バランサ２０Ａのバランサ回転軸方向の一端側（図面右側）のベアリング４０は、バランサ２０Ａのバランサ回転軸方向及び径方向の位置をベアリング固定蓋４５により規制されている。ベアリング４０と、ベアリング固定蓋４５との間には、ベアリング４０の後述するアウターレース４３のバランサ回転軸方向の位置を調整可能な調整機構部５０が設けられている。調整機構部５０については、後述する。

バランサ２０Ａのバランサ回転軸方向の他端側（図面左側）には、入力ギヤ３２と、出力ギヤ３３とが一体回転可能に接続されている。

次に、バランサ２０のベアリング固定蓋４５側の取付部分及び関連する部位について詳細に説明する。

図３は、本発明の第１実施形態に係るエンジンにおけるバランサの取付部分の周囲の断面図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るコマンドピストンの形状を示す図である。

ベアリング４０は、バランサ２０の外周に配置されて装着されるインナーレース４１と、インナーレース４１の外径側に配置されるアウターレース４３と、インナーレース４１とアウターレース４３との間に配置され、インナーレース４１とアウターレース４３との相対回転を容易にする転動体の一例としての円錐コロ４２とを有する。

ベアリング４０のバランサ回転軸方向外側（図３の上方）及びアウターレース４３の径方向外側には、ベアリング４０の位置を規制するベアリング固定蓋４５が設けられている。ベアリング固定蓋４５は、図示しないボルトにより、クランクケース１３に装着されている。

アウターレース４３のバランサ回転軸方向外側の面とベアリング固定蓋４５との間には、円環状のシム５１が配置される。シム５１は、例えば、鉄、アルミ、銅等によって構成されている。

シム５１のバランサ回転軸方向外側には、略円環状のコマンドピストン５２が配置される。コマンドピストン５２の内周側及び外周側には、図４に示すように、後述する作動油室Ｒ１の密閉状態を確保するためのОリング５３が収容される収容溝５２Ａが形成されている。本実施形態では、主に、コマンドピストン５２、Ｏリング５３、及びベアリング固定蓋４５の隔壁４５Ａが、調整機構部５０に相当する。

コマンドピストン５２が、ベアリング固定蓋４５のバランサ２０側の面と、ベアリング固定蓋４５の円筒状の隔壁４５Ａとで囲まれる空間に嵌め込まれることにより、コマンドピストン５２、ベアリング固定蓋４５のバランサ側の面、及びベアリング固定蓋４５の隔壁４５Ａとにより囲まれた、作動油が供給される作動油室Ｒ１が形成されている。

コマンドピストン５２は、作動油室Ｒ１に供給される作動油の圧力（作動油圧）に応じてバランサ回転軸方向に移動可能である。

作動油室Ｒ１は、流通路６２を介して、油圧ポンプ６１に接続されており、油圧ポンプ６１から作動油が供給可能となっている。流通路６２の途中には、流通路６２を開閉可能なバルブ６３が設けられており、バルブ６３を閉状態とすることにより作動油室Ｒ１内の作動油圧を一定の圧力に維持させておくことができるようになっている。

油圧ポンプ６１は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）６４に接続されており、ＥＣＵ６４からの制御指示によって供給する作動油圧を調整可能となっている。

ＥＣＵ６４は、エンジン１０の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、ＥＣＵ６４は、油圧ポンプ６１により作動油室Ｒ１に供給する作動油圧を制御する作動油制御機能を一部の機能要素として有する。この機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ６４に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

このような構成により、ＥＣＵ６４の制御により作動油圧を調整すると、コマンドピストン５２のバランサ回転軸方向の位置、コマンドピストン５２により押圧されるベアリング４０のアウターレース４３のバランサ回転軸方向の位置を調整することができる。この結果、ベアリング４０の回転抵抗を調整でき、バランサ２０の回転トルクを調整することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るエンジン装置１によると、供給する作動油圧を調整することによりコマンドピストン５２の軸方向の位置を調整できるようにしたので、ベアリング固定蓋４５をクランクケース１３から取り外さずともベアリング４０のアウターレース４３のバランサ回転軸方向の位置を容易且つ適切に調整することができる。

また、本実施形態に係るエンジン装置１によると、バランサ２０の回転中に、バランサ回転軸方向へ移動された場合には、ベアリング４０のアウターレース４３に対してバランサ回転軸方向に移動させる力が作用することとなるが、この場合には、アウターレース４３に加えられた力が、コマンドピストン５２を介して、作動油室Ｒ１の作動油に対して加えられる。このとき、作動油室Ｒ１の作動油は、バランサ２０のバランサ回転軸方向の移動を緩衝させるように作用する。したがって、バランサ２０の回転が安定する。

次に、本発明の第２実施形態に係るエンジン装置について説明する。

本発明の第２実施形態に係るエンジン装置は、第１実施形態に係るエンジン装置とは、主に、調整機構部５０の構成が異なる。

図５は、本発明の第２実施形態に係るエンジンにおけるバランサの取付部分の周囲の断面図である。図６は、本発明の第２実施形態に係るコマンドピストン及びピエゾ素子の形状を示す図である。

本実施形態に係るエンジン装置１においては、シム５１のバランサ回転軸方向外側に、略円環状のコマンドピストン５４が配置される。コマンドピストン５４には、バランサ回転軸方向に伸縮可能な１以上のピエゾ素子５５が設けられている。本実施形態では、図６に示すように、コマンドピストン５４のベアリング固定蓋４５側に、均等な間隔を空けて複数（図６では、４つ）のピエゾ素子５５が配置されている。ここで、本実施形態では、コマンドピストン５４及びピエゾ素子５５が調整機構部５０に相当する。

ピエゾ素子５５には、ＥＣＵ６４からピエゾ素子５５の伸縮を調整するための電圧が供給される。ＥＣＵ６４は、ピエゾ素子５５に供給する電圧を制御する電圧制御機能を一部の機能要素として有する。

このような構成により、ＥＣＵ６４の制御によりピエゾ素子５５に供給する電圧を調整すると、ピエゾ素子５５のバランサ回転軸方向の長さを調整でき、コマンドピストン５４のバランサ回転軸方向の位置を調整でき、結果として、コマンドピストン５４により押圧されるベアリング４０のアウターレース４３のバランサ回転軸方向の位置を調整することができる。この結果、アウターレース４３とインナーレース４１との位置関係を調整でき、ベアリング４０の回転抵抗を調整でき、バランサ２０の回転トルクを調整することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るエンジン装置１によると、ピエゾ素子５５に供給する電圧を調整することによりコマンドピストン５４の軸方向の位置を調整できるようにしたので、ベアリング固定蓋４５をクランクケース１３から取り外さずともベアリング４０のアウターレース４３のバランサ回転軸方向の位置を容易且つ適切に調整することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係るエンジン装置について説明する。

本発明の第３実施形態に係るエンジン装置は、第１実施形態に係るエンジン装置とは、主に、調整機構部５０の構成が異なる。

図７は、本発明の第３実施形態に係るエンジンにおけるバランサの取付部分の周囲の断面図である。

シム５１のバランサ回転軸方向外側には、略円盤状のコマンドピストン５６が配置される。本実施形態では、コマンドピストン５６の中心部分は、ベアリング固定蓋４５側に突出するように形成されている。コマンドピストン５６の外周側には、作動油室Ｒ２の密閉状態を確保するためのОリング５７が取り付けられている。本実施形態では、主に、コマンドピストン５６、及びＯリング５７が、調整機構部５０に相当する。

コマンドピストン５６が、ベアリング固定蓋４５のバランサ２０側の面及び内周面に囲まれる空間に嵌め込まれることにより、コマンドピストン５６、ベアリング固定蓋４５のバランサ２０側の面、及びベアリング固定蓋４５の内周面により囲まれた作動油室Ｒ２が形成される。

コマンドピストン５６は、作動油室Ｒ２に供給される作動油圧に応じてバランサ回転軸方向に移動可能である。

作動油室Ｒ２は、流通路６２を介して、油圧ポンプ６１に接続されており、油圧ポンプ６１から作動油が供給可能となっている。流通路６２の途中には、流通路６２を開閉可能なバルブ６３が設けられており、バルブ６３を閉状態とすることにより作動油室Ｒ２内の作動油圧を一定の圧力に維持させておくことができるようになっている。

このような構成により、ＥＣＵ６４の制御により作動油圧を調整すると、コマンドピストン５６のバランサ回転軸方向の位置、コマンドピストン５６により押圧されるベアリング４０のアウターレース４３のバランサ回転軸方向の位置を調整することができる。この結果、ベアリング４０の回転抵抗を調整でき、バランサ２０の回転トルクを調整することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るエンジン装置１によると、供給する作動油圧を調整することによりコマンドピストン５６のバランサ回転軸方向の位置を調整できるようにしたので、ベアリング固定蓋４５をクランクケース１３から取り外さずともベアリング４０のアウターレース４３のバランサ回転軸方向の位置を容易且つ適切に調整することができる。

また、本実施形態に係るエンジン装置１によると、バランサ２０が回転中にバランサ回転軸方向に移動した場合には、ベアリング４０のアウターレース４３に対してバランサ回転軸方向に移動させる力が作用することとなるが、この場合には、アウターレース４３に加えられた力が、コマンドピストン５６を介して、作動油室Ｒ２の作動油に対して加えられる。このとき、作動油は、バランサ２０のバランサ回転軸方向の移動を緩衝させるように作用する。したがって、バランサ２０の回転が安定することとなる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記各実施形態では、シム５１をベアリング４０のアウターレース４３の一端側に配置させて、シム５１を介してアウターレース４３のバランサ回転軸方向の位置を調整するようにしていたが、本発明はこれに限られず、シム５１を備えずに、アウターレース４３とコマンドピストン５２，５４，５６を接触させて、アウターレース４３の位置を調整するようにしてもよい。

また、上記第２実施形態では、コマンドピストン５４を備えるようにしていたが、本発明はこれに限られず、コマンドピストン５４を備えずに、ピエゾ素子５５を、ベアリング固定蓋４５とアウターレース４３とに直接接するように配置して、アウターレース４３の位置を調整するようにしてもよい。

また、上記第２実施形態では、コマンドピストン５４に４つのピエゾ素子５５を備えるようにしていたが、本発明はこれに限られず、ピエゾ素子５５の個数は、１以上であればよい。

また、上記各実施形態では、ベアリング４０として、円錐コロ軸受を例に示していたが、本発明はこれに限られず、インナーレースとアウターレースとが接しておらず、インナーレースとアウターレースとの軸方向の位置の調整が必要なベアリングであればよい。

また、上記実施形態では、エンジンをディーゼルエンジンとしていたが、本発明はこれに限られず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することが可能である。

１ エンジン装置
１０ エンジン
１１ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１３ クランクケース
１４ オイルパン
１５ ピストン
１６ コネクティングロッド
１７ クランクシャフト
２０，２０Ａ，２０Ｂ バランサ
３０ 出力ギヤ
３１ アイドルギヤ
３２ 入力ギヤ
３３ 出力ギヤ
３４ 入力ギヤ
４０ ベアリング
４１ インナーレース
４２ 円錐コロ
４３ アウターレース
４５ ベアリング固定蓋
５０ 調整機構部
５１ シム
５２ コマンドピストン
５２Ａ 収容溝
５３ Оリング
５４ コマンドピストン
５５ ピエゾ素子
５６ コマンドピストン
５７ Оリング
６１ 油圧ポンプ
６２ 流通路
６３ バルブ
６４ ＥＣＵ

Claims (3)

1. クランクシャフトから伝達される駆動力により、エンジンの振動を抑制するために回転可能なバランサと、
   前記バランサの周囲に配置されるインナーレースと、前記インナーレースの外周側に配置される転動体と、前記インナーレースの外周側に前記転動体を介して配置されるアウターレースとを有し、前記バランサをエンジンケースに回転可能に支持するベアリングと、
   前記ベアリングの前記バランサの回転軸方向の一端側の位置を規制するように前記バランサの回転軸方向外側に設けられる底面部と、前記アウターレースの外径に対応した内径を有する筒状部とを有し、前記エンジンケースに固定される有底円筒状のベアリング固定蓋と、
   前記バランサの前記回転軸方向外側かつ前記ベアリング固定蓋の前記底面部の内側に配置され、その中心部分が前記ベアリング固定蓋の前記底面部側に突出すると共に、前記アウターレースの内径よりも大きな直径を有するように形成された円盤状のピストンと、
   を備え、
   前記ピストンにおける前記ベアリング固定蓋の前記底面部側の面、前記ベアリング固定蓋の前記底面部の前記ピストン側の面及び前記ベアリング固定蓋の前記筒状部の内周面に囲まれる円筒状の空間により、作動油を収容可能な作動油室が形成され、前記ピストンは、前記作動油室に供給された作動油圧に応じて前記アウターレースを前記バランサの回転軸方向に押圧可能な
   エンジン装置。
2. 前記作動油室に前記作動油を供給する油圧ポンプを更に備える
   請求項１に記載のエンジン装置。
3. 前記作動油室内に前記作動油が供給された状態を維持するために前記作動油室との間の作動油の流通路を閉鎖可能なバルブを更に備える
   請求項１又は請求項２に記載のエンジン装置。

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